JP7680914B2 - Tripod type constant velocity joint - Google Patents
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Description
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達用に用いられるトリポード型等速自在継手に関する。 The present invention relates to a tripod-type constant velocity universal joint used for power transmission in automobiles and various industrial machines.
自動車の動力伝達系で使用されるドライブシャフトにおいては、中間軸のインボード側(車幅方向の中央側)に摺動式等速自在継手を結合し、アウトボード側(車幅方向の端部側)に固定式等速自在継手を結合する場合が多い。ここでいう摺動式等速自在継手は、二軸間の角度変位および軸方向相対移動の双方を許容するものであり、固定式等速自在継手は、二軸間での角度変位を許容するが、二軸間の軸方向相対移動は許容しないものである。 In drive shafts used in automotive power transmission systems, a sliding type constant velocity universal joint is often connected to the inboard side (the center side in the vehicle width direction) of the intermediate shaft, and a fixed type constant velocity universal joint is connected to the outboard side (the end side in the vehicle width direction). The sliding type constant velocity universal joint here allows both angular displacement and relative axial movement between the two shafts, while the fixed type constant velocity universal joint allows angular displacement between the two shafts but does not allow relative axial movement between the two shafts.
摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が公知である。このトリポード型等速自在継手としては、シングルローラタイプとダブルローラタイプとが存在する。シングルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラを、トリポード部材の脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取り付けたものである。ダブルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラと、トリポード部材の脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを備えるものである。ダブルローラタイプは、ローラを脚軸に対して揺動させることが可能となるため、シングルローラタイプに比べ、誘起スラスト(継手内部での部品間の摩擦により誘起される軸力)とスライド抵抗をそれぞれ低減できるという利点を有する。 Tripod-type constant velocity universal joints are known as sliding type constant velocity universal joints. There are single roller type and double roller type tripod-type constant velocity universal joints. The single roller type has a roller inserted into the track groove of the outer joint member, which is rotatably attached to the truss of the tripod member via multiple needle rollers. The double roller type has a roller inserted into the track groove of the outer joint member, and an inner ring that fits around the truss of the tripod member and supports the roller rotatably. The double roller type has the advantage that the roller can be oscillated relative to the truss, and therefore can reduce induced thrust (axial force induced by friction between parts inside the joint) and sliding resistance compared to the single roller type.
下記の特許文献1にダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の一例が開示されている。このようなダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、トルク負荷側において、トリポード部材の脚軸の外周面とインナリングの内周面とが点接触もしくは点に近い形で接触する。そのため、この種のトリポード型等速自在継手では、特に高負荷トルク時に、各軸外周面とインナリング内周面との接触部における面圧が高くなる。そのため、脚軸外周面の接触部の耐久性に影響を及ぼす可能性がある。
An example of a double-roller type tripod constant velocity universal joint is disclosed in the following
この問題を解消するため、下記の特許文献1には、脚軸に、浸炭焼入れ焼戻しにより硬化層が形成され、トリポード部材が、炭素含有量0.23~0.44%の鋼材で形成され、600Hvを限界硬さとした有効硬化層を有するダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が開示されている。
To solve this problem, the following
特許文献1に記載のダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手は、例えば、炭素量0.34%のクロム・モリブデン鋼を浸炭焼入れ後に高温焼戻しを行うことで得られる。この構成では、従来よりも鋼材中の炭素量を増やすことができるため、過大トルクの負荷により、脚軸の外周面とインナリングの接触部での接触面圧が高くなった場合でも、当該接触部における脚軸の耐久性を向上させることができる。
The double-roller type tripod constant velocity universal joint described in
その一方で、特許文献1に記載のトリポード型等速自在継手について本願発明者が更に検討したところ、上記のように、トルク負荷時における脚軸外周面の接触部での耐久性を確保できたことと引き換えに、脚軸の根元部の強度に難があることが判明した。脚軸の根元部にはトルク伝達に伴って引張荷重が繰り返し作用するが、根元部における疲労強度が低下することにより、脚軸根元部の捩り強度が不足する結果となる。
On the other hand, the inventors of the present application further studied the tripod-type constant velocity universal joint described in
そこで、本発明は、トリポード部材の脚軸の根元部における強度の向上を図ることを目的とする。 The present invention aims to improve the strength of the base of the leg shaft of a tripod component.
以上の知見に基づいてなされた本発明は、円周方向の三カ所に継手軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が継手円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、中心孔を有する胴部と、当該胴部の半径方向に突出した三つの脚軸と、前記胴部と脚軸の間に位置し、前記脚軸の軸線を含む断面が曲線状をなす中間部とを備え、鋼材で形成されたトリポード部材と、前記各脚軸に装着されるローラと、前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有し、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能であり、前記ローラと前記インナリングが、前記脚軸に対して揺動可能のローラユニットを構成し、前記トリポード部材の芯部における炭素含有量を0.23~0.44%とし、前記脚軸の表面に、浸炭層の硬化層が設けられたトリポード型等速自在継手において、前記トリポード部材の中間部に、前記脚軸の軸線を含む、継手軸方向と直交する方向の断面で曲率半径Raを有する第1領域と、前記脚軸の軸線を含む、継手軸方向の断面で曲率半径Rbを有する第2領域とを設け、かつRa>Rbとしたことを特徴とする。 The present invention, which has been made based on the above findings, comprises an outer joint member having track grooves extending in the joint axial direction at three locations in the circumferential direction, each of which has a pair of roller guideways arranged opposite each other in the joint circumferential direction, a body portion having a central hole, three trunnions protruding in the radial direction of the body portion, and an intermediate portion located between the body portion and the trunnions and having a curved cross section including the axis of the trunnions, the tripod member being made of steel, rollers attached to each of the trunnions, and an inner ring fitted to the trunnions and supporting the rollers so as to be freely rotatable, the rollers being rotated forward along the roller guideways. The tripod-type constant velocity universal joint is movable in the axial direction of the outer joint member, the roller and the inner ring form a roller unit that can swing with respect to the trunnion, the carbon content in the core of the tripod member is 0.23 to 0.44%, and a carburized hardened layer is provided on the surface of the trunnion. The tripod member is characterized in that a first region having a radius of curvature Ra in a cross section perpendicular to the joint axial direction, including the axis of the trunnion, and a second region having a radius of curvature Rb in a cross section in the joint axial direction, including the axis of the trunnion, are provided in the middle of the tripod member, with Ra > Rb.
かかる構成から、トルクが主に作用する第1領域では応力集中を軽減することができる。従って、トルク伝達に伴って、引張荷重が繰り返し作用する脚軸の根元部での捩り強度を高めることができる。これにより、炭素量を0.23%以上まで高めた鋼材に浸炭焼入れを行うことで、トリポード部材の内部硬度を高めると共に、表面の硬化層深さを深くする一方、内部硬度上昇による靭性低下からトリポード部材の捩り強度の低下が懸念される状況下においても、トリポード部材の耐久性を高めることができる。 This configuration reduces stress concentration in the first region where torque mainly acts. Therefore, it is possible to increase the torsional strength at the base of the leg shaft where tensile load acts repeatedly as torque is transmitted. As a result, by carburizing and quenching steel with a carbon content of 0.23% or more, the internal hardness of the tripod member is increased and the depth of the hardened layer on the surface is deepened, while the durability of the tripod member can be increased even in situations where there is concern that the torsional strength of the tripod member will decrease due to a decrease in toughness caused by an increase in internal hardness.
前記第1領域と、前記第2領域との間に、両領域と滑らかにつながる接続領域Sを設けるのが好ましい。 It is preferable to provide a connection region S between the first region and the second region, which smoothly connects both regions.
前記外側継手部材のローラ案内面のピッチ円直径をPCDとして、Ra/PCD≧0.0850にするのが好ましい。このようにRa/PCD≧0.0850にすることで、第1領域の肉厚、つまりスプラインの大径部と第1領域の間の最小距離tを大きくすることができる。このように第1領域の肉厚が大きくなることで、たとえ硬化層の深さが深くなってトリポード部材の靭性が低下したとしても、脚軸の根元部の強度、特に疲労強度を高めることができる。 The pitch circle diameter of the roller guideway of the outer joint member is preferably PCD, and Ra/PCD ≥ 0.0850. By making Ra/PCD ≥ 0.0850 in this way, the thickness of the first region, i.e., the minimum distance t between the large diameter portion of the spline and the first region, can be increased. By increasing the thickness of the first region in this way, the strength of the base portion of the leg shaft, especially the fatigue strength, can be increased, even if the depth of the hardened layer increases and the toughness of the tripod member decreases.
この場合、前記トリポード部材の胴部の内周面に形成されたスプラインの大径部から前記第1領域までの最小距離をtとして、t/PCD≧0.145にするのが好ましい。 In this case, it is preferable that t is the minimum distance from the large diameter portion of the spline formed on the inner peripheral surface of the body of the tripod member to the first region, and that t/PCD is 0.145 or greater.
トリポード部材の脚軸の表面硬度は653HV以上であるのが好ましい。これにより、高トルクの負荷時における脚軸の外周面の耐久性、特にインナリングの内周面との接触部の耐久性を高めることができる。 The surface hardness of the tripod member's truss is preferably 653 HV or more. This increases the durability of the outer circumferential surface of the truss under high torque load, particularly the durability of the contact area with the inner circumferential surface of the inner ring.
前記トリポード部材の内部硬度は513HV以上であるのが好ましい。内部硬度を513HV以上にすることで、トリポード部材に必要とされる有効硬化層深さを得ることができる。
The internal hardness of the tripod member is preferably 513 HV or more. By making the
本発明によれば、トリポード部材の脚軸の根元部における耐久性の向上を図ることが可能となる。 The present invention makes it possible to improve the durability of the base of the leg shaft of the tripod component.
本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態を図1~図12に基づいて説明する。 An embodiment of a tripod-type constant velocity universal joint according to the present invention will be described with reference to Figures 1 to 12.
図1~図4に示す本実施形態のトリポード型等速自在継手1はダブルローラタイプである。なお、図1は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の軸方向の断面図であり、図2は図1のK-K線で矢視した断面図である。図3は、図1のL-L線における断面図であり、図4は、作動角をとった時のトリポード型等速自在継手を示す軸方向の断面図である。なお、以下の説明において、継手軸方向および継手円周方向は、それぞれ作動角を0°の状態とした時のトリポード型等速自在継手の軸方向および円周方向をそれぞれ意味する。
The tripod type constant velocity
図1および図2に示すように、このトリポード型等速自在継手1は、外側継手部材2と、内側継手部材としてのトリポード部材3と、トルク伝達部材としてのローラユニット4とで主要部が構成されている。外側継手部材2は、一端が開口したカップ状をなし、内周面に継手軸方向に延びる3本の直線状トラック溝5が継手円周方向で等間隔に形成される。各トラック溝5には、外側継手部材2の継手円周方向に対向して配置され、それぞれ継手軸方向に延びるローラ案内面6が形成されている。外側継手部材2の内部には、トリポード部材3とローラユニット4が収容されている。
As shown in Figures 1 and 2, the tripod type constant velocity
トリポード部材3は、中心孔30を有する胴部31(トラニオン胴部)と、胴部31の外周面の継手円周方向の三等分位置から半径方向に突出する3本の脚軸32(トラニオンジャーナル)と、胴部31の外周面と脚軸32の外周面とを接続する中間部33とを一体に有する。トリポード部材3は、トラニオン胴部31の中心孔30に形成された雌スプライン34に、軸としてのシャフト8に形成された雄スプライン81を嵌合させることで、シャフト8とトルク伝達可能に結合される。シャフト8に設けた肩部82にトリポード部材3の継手軸方向一方側の端面を係合させ、シャフト8の先端に装着した止め輪10をトリポード部材3の継手軸方向他方側の端面と係合させることで、トリポード部材3がシャフト8に対して継手軸方向に固定される。
The
ローラユニット4は、脚軸32の軸線を中心とした円環状のローラであるアウタリング11と、このアウタリング11の内径側に配置されて脚軸32に外嵌された円環状のインナリング12と、アウタリング11とインナリング12との間に介在された多数の針状ころ13とで主要部が構成されている。ローラユニット4は、外側継手部材2のトラック溝5に収容されている。アウタリング11、インナリング12、および針状ころ13からなるローラユニット4は、ワッシャ14、15により分離しない構造となっている。
The
この実施形態において、アウタリング11の外周面11a(図2参照)は、脚軸32の軸線上に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面である。アウタリング11の外周面11aは、ローラ案内面6とアンギュラコンタクトしている。
In this embodiment, the outer
針状ころ13は、アウタリング11の円筒状内周面を外側軌道面とし、インナリング12の円筒状外周面を内側軌道面として、これらの外側軌道面と内側軌道面の間に転動自在に配置される。
The
トリポード部材3の各脚軸32の外周面は、脚軸32の軸線を含む任意の方向の断面において脚軸32の軸方向でストレート形状をなす。また、図3に示すように、脚軸32の外周面は、脚軸32の軸線に直交する断面において略楕円形状をなす。脚軸32の外周面は、継手軸方向と直交する方向、すなわち長軸aの方向でインナリング12の内周面12aと接触する。継手軸方向、すなわち短軸bの方向では、脚軸32の外周面とインナリング12の内周面12aとの間に隙間mが形成されている。
The outer peripheral surface of each
図1及び2に示すように、トリポード部材3の胴部31と脚軸32の間の中間部33は、脚軸32の軸線を含む任意の断面において、凹状曲線を描くように形成される。
As shown in Figures 1 and 2, the
インナリング12の内周面12aは、インナリング12の軸線を含む任意の断面において凸円弧状をなす。このことと、脚軸32の横断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸32とインナリング12の間に所定の隙間mを設けてあることから、インナリング12は、脚軸32に対して揺動可能となる。上述のとおりインナリング12とアウタリング11が針状ころ13を介して相対回転自在にアセンブリとされているため、アウタリング11はインナリング12と一体となって脚軸32に対して揺動可能である。つまり、脚軸32の軸線を含む平面内で、脚軸32の軸線に対してアウタリング11およびインナリング12の軸線は傾くことができる(図4参照)。
The inner
図4に示すように、トリポード型等速自在継手1が作動角をとって回転すると、外側継手部材2の軸線に対してトリポード部材3の軸線は傾斜するが、ローラユニット4が揺動可能であるため、アウタリング11とローラ案内面6とが斜交した状態になることを回避することができる。これにより、アウタリング11がローラ案内面6に対して水平に転動するので、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図ることができ、トリポード型等速自在継手1の低振動化を実現することができる。
As shown in Figure 4, when the tripod-type constant velocity
また、既に述べたように、脚軸32の断面(横断面)が略楕円状で、インナリング12の内周面12aの断面(縦断面)が円弧状凸断面であることから、トルク負荷側での脚軸32の外周面とインナリング12の内周面12aとは点接触もしくは点接触に近い狭い面積で接触する。よって、ローラユニット4を傾かせようとする力が小さくなり、アウタリング11の姿勢の安定性が向上する。
As already mentioned, the cross section (transverse section) of the
以上に述べたトリポード部材3は、鋼材料から、鍛造加工(冷間鍛造加工)→機械加工(旋削)⇒スプライン34のブローチ加工→熱処理→脚軸32の外周面の研削加工、という主要工程を経て製作される。脚軸32の外周面は、研削工程に代えて焼入れ鋼切削で仕上げることもできる。また、冷間鍛造前には、球状化焼き鈍し工程およびボンデ処理工程を追加することができる。炭素量の低い材料を使用する等の事情により、冷間鍛造時の打鍛性に問題がなければ、球状化焼き鈍し工程を省略することができる。熱処理としては、浸炭焼入れ焼戻しが行われる。
The
図5は、トリポード部材3に対する熱処理によって形成された硬化層16を示す断面図である。硬化層16は浸炭層を焼入れにより硬化させることで形成される。脚軸32の外周面、胴部31の外周面、中間部33の表面、および雌スプライン34の表面を含むトリポード部材3の全表面に硬化層16が形成される。完成品としてのトリポード部材3は、脚軸32の外周面が研削(もしくは焼入れ鋼切削)で仕上げられるため、脚軸32の外周面の硬化層16の深さは、他の領域に比べて研削等による取り代分だけ浅い。なお、この取り代は、通常、0.1mm程度で小さいため、図5では硬化層16の厚さを全表面で均一に描いている。
Figure 5 is a cross-sectional view showing the
既に述べたように、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、図3に示すように、トルク負荷側で脚軸32の外周面とインナリング12の内周面12aとが領域Xで点接触し、もしくは点に近い形で接触するため、高トルク負荷時には当該接触部の面圧が高くなる問題がある。面圧が過大であると、脚軸32の前記接触部Xでの耐久性に影響を及ぼす可能性がある。
As already mentioned, in a double roller type tripod constant velocity universal joint, as shown in FIG. 3, the outer peripheral surface of the
この課題を解決するため、本発明者らは以下の検証を行った。 To solve this problem, the inventors conducted the following verification.
一般に、トリポード部材3においては、肌焼鋼の一種であるクロム・モリブデン鋼を素材として鍛造を行い、その後、熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行うことにより、表面に硬化層16が形成される。図6に、従来のトリポード部材3の素材(例えばJIS G4052のクロム・モリブデン鋼等であり、炭素量約0.23%未満の相当材)を使用し、これに浸炭焼入れ焼戻し(焼入れ温度860℃、焼戻し温度180℃)を行った時の脚軸32表面から芯部にかけての硬度分布を示す。この場合、図6から明らかなように、表面の硬度は、513HVを超えているが、表面からごく浅い領域で硬度が513HVを下回る。よって、過大なトルクが負荷された場合、脚軸32の前記接触部での耐久性に影響する。従って、上記の課題を解決するためには、硬化層16を極力深く形成する必要がある。
In general, the
なお、有効硬化層深さは鋼材の表面から限界硬さの位置までの距離を意味する。JISG0557によれば、有効硬化層の限界硬さは550HVであるが、「表面から硬化層の3倍の距離の位置の硬さがビッカース硬さ450HVを超える場合は当事者間の協定で550HVを超える限界硬さを用いてもよい」とも規定されている。本実施形態において、後述のようにトリポード部材3の内部硬さ( 焼入れされていない領域の硬さ) は513HV以上であるので、上記の例外を受けて、本実施形態では、有効硬化層深さの限界硬さを600HVに規定している。なお、硬化層16の硬さを硬くするほど脚軸32の耐久性の面で好ましいため、有効硬化層深さの限界硬さを653HV 、もしくはそれ以上に規定するのが好ましい。
The effective hardened layer depth means the distance from the surface of the steel material to the position of the limit hardness. According to JIS G0557, the limit hardness of the effective hardened layer is 550 HV, but it is also stipulated that "if the hardness at a position three times the distance from the surface of the hardened layer exceeds 450 HV Vickers hardness, a limit hardness exceeding 550 HV may be used by agreement between the parties." In this embodiment, as described later, the internal hardness (hardness of the unhardened area) of the
硬化層16を深くするには、浸炭層の深さを増すのが最も簡単な手法となるが、深い浸炭層を形成するには、膨大な浸炭時間が必要となり製造コストの高騰を招く。素材として炭素含有量が多い鋼材、例えばS50C~S55C等の機械構造用炭素鋼を使用し、熱処理方法を、浸炭焼入れよりも深く焼入れが可能な高周波焼入れに変更することも考えられるが、この場合、炭素量が増す分だけ素材が固くなるため、トリポード部材3を鍛造する際の加工荷重が増大し、鍛造設備の大型化等を招く問題がある。
The easiest way to deepen the
以上の考察を経て、本発明者らは、浸炭処理の条件や焼入れ焼戻しの条件を従来と同様としつつ、従来よりも高炭素量の肌焼鋼を使用することの有効性について検証した。図7に、素材としてクロム・モリブデン鋼で炭素量約0.34%相当材を使用して浸炭焼入れ焼戻しを行った時の硬度分布を示す。焼入れ温度は850℃、焼戻し温度は180℃である。なお、図7における横軸(表面からの深さ)は、図6と同じ縮尺で示してある。 After considering the above, the inventors verified the effectiveness of using case-hardened steel with a higher carbon content than conventional steels while keeping the carburizing and quenching/tempering conditions the same as conventional steels. Figure 7 shows the hardness distribution when carburizing, quenching, and tempering are performed using chromium-molybdenum steel with a carbon content of approximately 0.34% as the material. The quenching temperature is 850°C, and the tempering temperature is 180°C. The horizontal axis in Figure 7 (depth from the surface) is shown on the same scale as Figure 6.
図7の結果から明らかなように、肌焼鋼の炭素量を増すことにより、狙いどおり硬化層16の深さを増すことができることが判明した。このように硬化層16の深さが増した結果、内部硬度は513HV以上となることも理解できる。その一方で、浸炭焼入れ焼戻し後の芯部の硬度(内部硬度)が550HV程度まで達しているため、脚軸32の靭性が低下し、トリポード部材3の繰り返し疲労強度が低下するおそれがある。この問題についての対策は後で述べる。
As is clear from the results in Figure 7, it was found that by increasing the carbon content of the case-hardened steel, the depth of the
なお、以上の説明では、トリポード部材3の素材として炭素量約0.34%相当材を使用する場合を例示したが、使用できる素材の種類は限定されない。例えばクロム・モリブデン鋼であれば、SCM435の他に、SCM440等を使用することができる。また、焼入れ性が保証された、いわゆるH鋼(例えばSCM435H、SCM440H等:JISG4052に規定)を使用することもできる。肌焼鋼であれば、他の種類の鋼材も使用可能であり、例えばJIS G4053に規定のクロム鋼(例えばSCr435、SCr440等)を素材として使用することもできる。クロム鋼についても、例えばSCr435H、SCr440H等のH鋼を使用することが可能である。クロム・モリブデン鋼やクロム鋼等の肌焼鋼に限らず、S10C~S35C等の機械構造用炭素鋼(JIS G40
51に規定)を素材として使用することもできる。
In the above description, a case where a material equivalent to a carbon content of about 0.34% is used as the material for the
51) may also be used as material.
トリポード部材3を冷間鍛造する際の成形性を考慮すれば、炭素量0.44%以下の鋼材を使用するのが好ましい。なお、例えば熱間鍛造する場合等のように鍛造時の成形性が問題とならない場合は、0.44%を超えた炭素量を含む鋼材を使用することもできる。炭素量1%以下の肌焼鋼であれば、熱間鍛造時にも特に不具合は生じない。
Considering formability during cold forging of the
以上に述べた改良品では、既に述べたように、脚軸32の根元部(中間部33)の強度に難があることが判明した。この原因は、トリポード部材3の全体が表面から深い領域まで高硬度化されることで、トリポード部材3の靭性が低下し、その結果、トルク伝達に伴って引張荷重が繰り返し作用する中間部33でトリポード部材3の疲労強度が低下し、中間部33の強度に影響を与えていることによると推察される。この課題を材料面や熱処理手法の見直しで解消しようとすると、脚軸32の接触部Xにおける耐久性を低下させかねず、別の観点からの課題解決が望まれる。
As already mentioned, it was found that the improved product described above had a problem with the strength of the base portion (middle portion 33) of the
以上の検証に基づき、本発明では、脚軸32の根元部の強度向上のため、トリポード部材3を形状面から見直すことにした。
Based on the above verification, in this invention, we decided to reconsider the shape of the
図8~図10に示すように、中間部33は、脚軸32の全周にわたって、脚軸32の軸線を含む断面が凹状曲線となるように形成される。図11に示すように、中間部33は、脚軸32の軸線を含む、継手軸方向と直交する方向(脚軸32の横断面が形成する楕円の長軸方向)の断面で曲率半径Raの円弧状に形成され、脚軸32の軸線を含む、継手軸方向(脚軸32の横断面が形成する楕円の短軸方向)の断面で曲率半径Rbの円弧状に形成される。曲率半径Raは、曲率半径Rbよりも大きい(Ra>Rb)。
As shown in Figures 8 to 10, the
また、図10に示すように、中間部33のうち、曲率半径Raを有する第1領域Pおよび曲率半径Rbを有する第2領域Qは、それぞれ脚軸32の周方向に幅を持って形成される。例えば、図10に示すように、第1領域Pは、脚軸32の軸線を含む継手軸方向と直交した平面を中心とする、脚軸32の周方向の一部領域に形成することができる。また、第2領域Qは、脚軸32の軸線を含む継手軸方向の平面を中心とする、脚軸32の周方向の一部領域に形成することができる。脚軸32の周方向では、二つの第1領域Pが継手軸方向と直交する方向で対向して配置され、二つの第2領域Qが継手軸方向で対向して配置されている。
As shown in FIG. 10, the first region P having a radius of curvature Ra and the second region Q having a radius of curvature Rb in the
また、図10に示すように、中間部33のうち、脚軸32の周方向で、隣接する第1領域Pと第2領域Qで挟まれた部分には、第1領域Pおよび第2領域Qのそれぞれと滑らかにつながる接続領域Sが形成される。この接続領域Sでは、脚軸32の周方向で曲率半径を徐々に変化させている。
As shown in FIG. 10, the
このように中間部33は、第1領域P、第2領域Q、および接続領域Sの何れかで形成される。これら各領域P,Q,Sは、脚軸32の軸線を含む縦断面において、単一円弧で形成する他、曲率半径の異なる複数円弧で形成することもできる。後者の場合、第1領域Pでは、脚軸32の軸線を含む断面における最小の曲率半径をRaとし、第2領域Pでは、脚軸32の軸線を含む断面における最大の曲率半径をRbとして、Ra>Rbとなるように中間部33の形状が定められる。各領域P,Q,Sうちの何れか一つまたは二つの領域を単一円弧で形成し、残りの領域を複数円弧で形成することもできる。
In this way, the
このように第1領域Pの曲率半径Raを第2領域Qの曲率半径Rbよりも大きくすることで、トルクが主に作用する第1領域Pでは応力集中を軽減することができる。従って、トルク伝達に伴って、引張荷重が繰り返し作用する脚軸32の根元部での捩り強度を高めることができる。これにより、炭素量を0.23%以上まで高めた肌焼鋼に浸炭焼入れを行うことで、トリポード部材3の内部硬度を高めると共に、表面の硬化層深さを深くする一方、内部硬度上昇による靭性低下からトリポード部材の捩り強度の低下が懸念される状況下においても、トリポード部材3の耐久性を高めることができる。
In this way, by making the radius of curvature Ra of the first region P larger than the radius of curvature Rb of the second region Q, it is possible to reduce stress concentration in the first region P where torque mainly acts. Therefore, it is possible to increase the torsional strength at the base of the
また、第2領域Qはトルク伝達に対する寄与度が低い部分となる。従って、第2領域Qの曲率半径Rbを小さくすることで、加工時にはより多くの材料除去が行われるようになり、トリポード部材3の強度低下を避けつつ軽量化を図ることができる。この効果は、図10に示すように、脚軸32の軸線を中心とした第2領域Qの形成範囲の角度βを、脚軸32の軸線を中心とした第1領域Pの形成範囲の角度αよりも大きくすることで、より顕著に得ることができる。
The second region Q also has a low contribution to torque transmission. Therefore, by reducing the radius of curvature Rb of the second region Q, more material is removed during processing, making it possible to reduce the weight of the
本実施形態のようなダブルローラタイプのトリポード部材3では、針状ころ13が脚軸32の外周面を転動しないため、脚軸32の外周面から中間部33の表面にかけての領域に、針状ころ13との干渉を回避するために肉取りした部分(ヌスミ部)を設ける必要がない。そのため、中間部33の表面から脚軸32の外周面にかけての領域に、ヌスミ部によるエッジが形成されることはなく、中間部33から脚軸32の外周面に至る領域が滑らかに連続した形態となる。従って、曲率半径Ra,Rbに差を設けることによる応力集中の緩和効果を十分に得ることができる。
In a double-roller
中間部33の第1領域Pにおける曲率半径Raは、外側継手部材2のローラ案内面6のピッチ円直径をPCD(図2参照)として、Ra/PCD≧0.0850とするのが好ましい。また、トリポード部材3の胴部31の内周面に形成されたスプライン34の大径部34aから第1領域Pまでの最小距離をt(図5参照)として、t/PCD≧0.145に設定するのが好ましい。なお、PCD、Ra、tは何れも同じ単位(mm)とする。
The radius of curvature Ra in the first region P of the
これらの数値範囲を定めた理由は、以下のとおりである。 The reasons for setting these numerical ranges are as follows:
図12は、トリポード部材3の中間部33(第1領域P)付近を拡大して示す断面図である。図12に実線で示すように、第1領域Pの内径側は胴部31の外周面に対し、接線を描いて滑らかにつながっている。一方、第1領域Pの外径側は、脚軸32の外周面に対して微小な段差Zを介してつながっている。この段差Zは、トリポード部材3の冷間鍛造後に脚軸32の外周面を研削する際に、その研削取り代分だけ脚軸32の外周面が後退することによる。二点鎖線で示すように中間部33’(第1領域)の曲率半径を大きくすると、中間部33’の外径側では、円弧状の中間部33’が研削前の研削予定領域Gまで達し、研削取り代Yが大きくなる。研削取り代Yの増大は、研削精度に悪影響を与えることになる。研削精度の低下を防止する観点から、従来品では、R/PCD<0.0850に設定している。なお、ここでいう「従来品」は、中間部33を、その全周にわたって均一な曲率半径Rとしたものを意味する。
12 is an enlarged cross-sectional view of the middle part 33 (first region P) of the
本発明では、Ra/PCD≧0.0850にしているので、第1領域Pの肉厚、つまりスプライン34の大径部34a(図5参照)と第1領域Pの間の最小距離t(図12参照:肉厚)を大きくすることができる。具体的には、t/PCD≧0.145にすることができる。このように第1領域Pの肉厚が大きくなることで、たとえ硬化層16の深さが深くなってトリポード部材3の靭性が低下したとしても、脚軸32の中間部33の第1領域Pの強度、特に疲労強度を高めることができる。そのため、脚軸32の捩り強度を高め、トリポード部材3の設計自由度を向上させることが可能となる。
In the present invention, since Ra/PCD≧0.0850, the thickness of the first region P, i.e., the minimum distance t (thickness in FIG. 12) between the
このように第1領域Pの曲率半径Raを大きくすることで、第1領域Pの外径側で研削取り代Yが増大することになるが、本発明者の検証を通じて、Ra/PCD≦0.20の範囲であれば、脚軸32の外周面を研削する際の研削精度には悪影響を与えないことが確認された。従って、Ra/PCDの上限値は0.20が好ましい。すなわち、0.0850≦Ra/PCD≦0.20に設定するのが好ましい。また、t/PCDの値が大きすぎると、トリポード部材3が不必要に大型化して重量増を招くので、t/PCDの値は0.20を上限とするのが好ましい(t/PCD≦0.20)。
Increasing the radius of curvature Ra of the first region P in this way increases the grinding allowance Y on the outer diameter side of the first region P, but through verification by the inventor, it has been confirmed that as long as Ra/PCD is in the range of 0.20, there is no adverse effect on the grinding accuracy when grinding the outer peripheral surface of the
また、第2領域Qの曲率半径Rbは、0.0550≦Rb/PCD≦0.0820の範囲が好ましい。上記のように、Ra>Rbによって、加工時により多くの材料除去が行われるが、RaとRbが近接した値では、明確な材料減少効果が得られ難い。従って、Rb/PCD≦0.0820であることが好ましい。また、Rb/PCDが小さすぎると、第二領域Qを鍛造加工で成形する際に、成形性が悪化して所定の形状に成形できない可能性がある。従って、0.0550≦Rb/PCDであることが好ましい。 The radius of curvature Rb of the second region Q is preferably in the range of 0.0550≦Rb/PCD≦0.0820. As described above, when Ra>Rb, more material is removed during processing, but when Ra and Rb are close to each other, it is difficult to obtain a clear material reduction effect. Therefore, it is preferable that Rb/PCD≦0.0820. Furthermore, if Rb/PCD is too small, when the second region Q is formed by forging, the formability may deteriorate and it may not be possible to form it into the specified shape. Therefore, it is preferable that 0.0550≦Rb/PCD.
以上に述べた本発明の実施形態は、他の構成を有するダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手にも適用することができる。 The above-described embodiments of the present invention can also be applied to double-roller type tripod constant velocity universal joints having other configurations.
例えば、脚軸32の外周面を凸曲面(例えば断面凸円弧状)に形成し、インナリング12の内周面12aを円筒面状に形成することもできる。また、脚軸32の外周面を凸曲面(例えば断面凸円弧状)に形成し、インナリング12の内周面12aを脚軸外周面と嵌合する凹球面に形成することもできる。この際、アウタリングの内径両端部に鍔を設けることにより、ワッシャ14,15を不要とすることもできる。
For example, the outer peripheral surface of the
以上に述べたトリポード型等速自在継手1は、自動車のドライブシャフトに限って適用されるものではなく、自動車や産業機器等の動力伝達経路に広く用いることができる。
The above-described tripod-type constant velocity
1 トリポード型等速自在継手
2 外側継手部材
3 トリポード部材
4 ローラユニット
5 トラック溝
6 ローラ案内面
8 軸(シャフト)
11 ローラ(アウタリング)
12 インナリング
13 針状ころ
16 硬化層
30 中心孔
31 胴部
32 脚軸
33 中間部
34 雌スプライン
P 第1領域
Q 第2領域
1 Tripod type constant velocity
11. Roller (outer ring)
12
Claims (5)
中心孔を有する胴部と、当該胴部の半径方向に突出した三つの脚軸と、前記胴部と脚軸の間に位置し、前記脚軸の軸線を含む断面が曲線状をなす中間部とを備え、鋼材で形成されたトリポード部材と、
前記各脚軸に装着されるローラと、
前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有し、
前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能であり、
前記ローラと前記インナリングが、前記脚軸に対して揺動可能のローラユニットを構成し、
前記トリポード部材の芯部における炭素含有量を0.23~0.44%とし、
前記脚軸の表面に、浸炭層の硬化層が設けられたトリポード型等速自在継手において、
前記トリポード部材の中間部に、前記脚軸の軸線を含む、継手軸方向と直交する方向の断面で曲率半径Raを有する第1領域と、前記脚軸の軸線を含む、継手軸方向の断面で曲率半径Rbを有する第2領域とを設け、かつRa>Rbとし、
前記中間部の第1領域と前記脚軸の間に、前記第1領域から脚軸半径方向に縮径して前記脚軸の外周面につながる段差Zが設けられ、
前記外側継手部材のローラ案内面のピッチ円直径をPCDとして、0.085≦Ra/PCD≦0.20としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。 an outer joint member provided with track grooves extending in a joint axial direction at three locations in a circumferential direction, each track groove having a pair of roller guide surfaces disposed opposite to each other in the joint circumferential direction;
a tripod member made of steel, the tripod member including a body having a central hole, three leg shafts protruding in a radial direction of the body, and an intermediate portion located between the body and the leg shafts and having a curved cross section including the axis of the leg shaft;
A roller attached to each of the leg shafts;
an inner ring that is fitted onto the trunnion and rotatably supports the roller;
the rollers are movable in the axial direction of the outer joint member along the roller guideway,
the roller and the inner ring constitute a roller unit that is swingable relative to the trunnion;
The carbon content in the core of the tripod member is 0.23 to 0.44%,
In a tripod type constant velocity universal joint in which a carburized hardened layer is provided on the surface of the leg shaft,
a first region having a radius of curvature Ra in a cross section perpendicular to a joint axial direction and including an axis of the trunnion, and a second region having a radius of curvature Rb in a cross section in the joint axial direction and including the axis of the trunnion, the second region satisfying Ra>Rb ;
a step Z is provided between the first region of the intermediate portion and the trunnion, the step Z being reduced in diameter from the first region in the trunnion radial direction and connected to an outer circumferential surface of the trunnion;
A tripod-type constant velocity universal joint , wherein a pitch circle diameter PCD of a roller guideway of the outer joint member satisfies 0.085≦Ra/PCD≦0.20.
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